门式框架设计

钢结构设计书班级：学号：姓名：指导老师：邮箱：电话：2目录已知条件…………………………………………………………3一：荷载的计算…………………………………………………………41：屋面荷载………………………………………………………42：屋面活载………………………………………………………43:风荷载………………………………………………………5二：内力计算…………………………………………………………61：截面形式及尺寸初选………………………………………62：截面内力：…………………………………………73：内力组合…………………………………………8三：梁柱截面验算…………………………………………………121：柱验算…………………………………………………122：梁验算…………………………………………………14四：节点设计…………………………………………………161：柱梁节点设计…………………………………………………162：梁梁节点设计…………………………………………………183：柱脚设计…………………………………………………20五：参考文献…………………………………………………21六：施工图……………………………………………………附录3已知条件1：计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高6.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为6.0m；屋面坡度为1：18。2.荷载取值屋面自重：彩色钢板聚苯乙烯夹心版：0.15kN/m2檩条支撑：0.2kN/m2总计：0.35kN/m2柱自重：0.25kN/m2横梁自重：0.2kN/m2屋面雪荷载：0.4kN/m2屋面活荷载：0.3kN/m2（与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.25kN/m2风载：基本风压W0=0.35kN/m24一：荷载的计算（1）屋面荷载：标准值：0.35×1/cos×8=2.80kN/m柱身恒载：0.25×8=2kN/m（2）屋面活载屋面雪荷载大于屋面活荷载，取雪荷载0.4×1/cos×8=3.2KN/M2（3）风荷载2.80kn/m2kn/m2kn/m绘图：08012635吴健3.2kn/m绘图：08012635吴健50101.0kzszshm以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：（地面粗糙度B类）风载体形系数示意图迎风面侧面ωk=1.0×0.8×0.35=0.28kN/m2，q1=0.28×8=2.24kN/m屋顶ωk=-1.0×0.5×0.35=0.175kN/m2，q1=-0.175×8=-1.4kN/m背风面侧面ωk=-1.0×0.5×0.35=0.175kN/m2，q1=-0.175×8=-1.4kN/m屋顶ωk=-1.0×0.5×0.35=0.175kN/m2，q1=-0.175×8=-1.4kN/m荷载如下图：-1.4kn/m-1.4kn/m2.24kn/m-1.4kn/m绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健6二：内力计算：（1）截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度一般取（1/30-1/45），故取梁截面高度为500mm；暂取H500×250×8×10柱采用H500×250×8×10截面截面名称长度()mm面积2()mmxI64(10)mmxW43(10)mmyI64(10)mmyW43(10)mmximmyimm柱H500×250×8×1060008840373149262120654梁H500×250×8×1075008840373149262120654250480108xy绘图：08012635吴健7EA=2.06×108×8840×10-6=1.821×106EIx=2.06×108×135×106×10-12=2.78×104kn·m2（2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：恒载弯矩图(kN·m)0.0-41.90.041.941.932.6-32.6-32.6-41.9-32.6恒载轴力图(kN)25.725.78.17.0绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健8恒载剪力图(kN)-7.07.07.0-7.020.20.40.420.2活载弯矩包络图(kN·m)0.00.00.36.60.036.60.0.0-28.536.6-28.5-36.6绘图：08012635吴健9活载轴力包络图(kN)18.00.18.00.7.1-6.16.1-7.1活载剪力包络图(kN)0.06.1-6.0.06.10.00.6.117.7-4.34.7绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健10左风载弯矩图(kN·m)0.053.90.011.6-53.9-17.1-53.917.1-11.6风荷载轴力包络(kN)14.90.14.90.2.92.92.92.9用结构力学求解器求出单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-----------------------------------------------------------------------------------------------114.868000015.50485420.0000000014.86800002.0648542453.909125422.88640334-14.730571053.90912542.88640334-4.21437981-18.4439908（3）内力组合由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用绘图：08012635吴健11按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合：①1.2*恒载效应+1.4*活载效应②1.2*恒载效应+1.4*风载效应③1.2*恒载效应+1.4*0.85*{活载效应+风载效应}取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力截面内力恒载活载左风Ⅰ－ⅠM000N25.718.014.87Q-7.0-6.115.5Ⅱ－ⅡM-41.9-36.653.9N25.718．014.87Q-7.0-6.12.06Ⅲ－ⅢM41.936.653.9N8.17.1-14.7Q20.217.7-45.08Ⅳ－ⅣM-32.6-28.517.1N8.17.12.9Q0.44.7-4.2内力组合值12截面内力1.21.4恒＋活1.2恒+1.4风1.2恒+1.40.85(风+活）Ⅰ－ⅠM000N56.0451.6667.13Q-16.9413.32.8Ⅱ－ⅡM-101.5225.18-29.693N56.0451.6670.0Q-16.94-5.5-13.21Ⅲ－ⅢM101.5225.18157．975N19.24-10.86-1.036Q49.02-38.9-8.34Ⅳ－ⅣM-79.02-15.18-52.69N-19.2413.7821.62Q3.64-5.41.075三：梁柱截面验算控制内力组合项目有：①＋Mmax与相应的N，V(以最大正弯矩控制)②－Mmax与相应的N，V(以最大负弯矩控制)③Nmax与相应的M，V(以最大轴力控制)④Nmin与相应的M，V(以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1截面的控制内力为M=0km·m,N=67.13kn,Q=13.3kn2-2截面的控制内力为Mm=-101.52km·m，N=70.0kn，Q=-16.94kn3-3截面的控制内力为M=197.975km·m,N=19.24kn，Q=49.02kn4-4截面的控制内力为M=-79.02km·m，N=21.62kn，Q=3.64kn13A：刚架柱验算：取2-2截面内力平面内长度计算系数：μ0=2+0.45K,K=IClR/IRH=7.5/6.0=1.25，μ0=3.25H0=6×3.25=19.5m平面外考虑到蒙皮效应，按半跨计算即H0y=4Mλx=45.184[λ]=150.000柱构件平面内稳定计算最大应力(N/mm2):135.891f=310.000故平面内稳定λy=62.604[λ]=150.000柱构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):147.415f=310.000故平面外稳定⑴局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。①柱翼缘3799.1234523515235151082/)5125(fytb（满足要求）②柱腹板20634523525023525096520500fytwbw（满足要求）（2）柱的有效截面特征2-2截面的控制内力为Mm=-101.52km·m，N=70.0kn，Q=-16.94knσmax=N/A+M/WX=70×103/8840+101.52×106/149×104=76.06N/mm214σmin=N/A+M/WX=70×103/8840-101.52×106/149×104=-60.22N/mm2α0=（σmax-σmin）/σmax=1.79h0/tw=480/8=6048α0+0.5λx-26.2=82.312因为6070，故不考虑屈服后强度B：刚架梁验算：取3-3截面内力3-3截面的控制内力为M=197.975km·m,N=19.24kn，Q=49.02kn⑴局部稳定验算③梁翼缘3799.1234523515235151082/)5125(fytb（满足要求）④梁腹板20634523525023525096520500fytwbw（满足要求）（2）梁有效界面特征本设计中门式框架坡度为1/18，可以不考虑衡量轴梁的影响梁平面外计算长度：4.000强度计算净截面系数：1.000σ1=M/WX=197.975×106/173×104=114.44σ2=-σ1=-114.44β=σ2/σ1=-1hc=480×0.5=240kα=20/[(1+β)2+0.112(1-β)2]0.5+1+β=20/(0.112×4)0.5=29.88λp=(hw/tw)/[28.1ka0.5(235/fy)0.5]=0.3120.8则P=1，界面全部有效强度验算抗剪强度验算梁截面最大剪力VMAX=45.08Kn15强度计算不利截面：左端截面有效截面特性计算：腹板受压区高度：238.000(mm)正应力作用下的凸曲系数kσ：23.905正应力作用通用高厚比λp：0.414有效宽度系数：1.0(全截面有效)考虑屈曲后强度，抗剪承载力设计值计算：加劲肋设置间距：不设置剪切凸曲系数kτ:5.340抗剪切通用高厚比λw：1.124抗剪承载力设计值Vd(KN):407.401M,N,V共同作用下,强度计算截面抗弯承载能力(KN.M):509.904考虑屈曲后强度，在M,N,V共同作用下强度计算应力比:0.3761.0梁构件左端作用剪力:V=50.000Vd=407.401梁构件右端作用剪力:V=30.000Vd=407.401梁构件强度验算满足。3、梁构件平面外稳定验算结果平面外计算长度(m)：4.000平面外长细比λy：67轴心受压稳定系数φy：0.568受弯整体稳定系数φbx：0.934等效弯矩系数βt：1.000有效截面面积Ae0：8.8560×10-3有效截面受压纤维的截面模量We1：1.6449×10-3梁构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):124.971f=310.000梁构件平面外稳定验算满足。4、局部稳定验算翼缘宽厚比B/T=10.17门规CECS102:2002容许宽厚比[B/T]=12.4腹板计算高厚比H0/Tw=79.33门规CECS102:2002容许高厚比[H0/Tw]=206.35.位移验算：（1）柱顶水平位移验算：用PMPK计算位移结构构建参数EA=2.06×108×8840×10-6=1.821×106EIx=2.06×108×135×106×10-12=2.78×104kn·m2160.00.